Mecanismos de señalización intracelular de supervivencia y muerte neuronal regulados por factores tróficos

Abstract

Durante el desarrollo del sistema nervioso, la muerte celular programada es un proceso que afecta a todas las poblaciones neuronales. Este mecanismo es esencial para la correcta formación de los circuitos neuronales que definen nuestras funciones sensoriales, motoras o cognitivas. La muerte celular programada está regulada a través de diversos mecanismos, entre los que destacan los factores tróficos, ya que estas proteínas son sintetizadas en cantidades limitantes, de manera que las neuronas que no los captan mueren por apoptosis. Los factores tróficos activan varias vías de señalización intracelular relacionadas con la supervivencia, la diferenciación neuronal y la plasticidad. Además de la muerte apoptótica durante el desarrollo, este fenómeno se da también en neuronas maduras, a causa de una lesión o por estrés. Los factores tróficos han sido implicados en estos procesos degenerativos ya que su patrón de expresión o el de sus receptores está alterado. <br/>Esta tesis se ha centrado en el estudio de las vías de señalización intracelular de muerte neuronal y en las que median los efectos biológicos y neuroprotectores de los factores tróficos, concretamente del BDNF, el GDNF y la BMP-6. Estos estudios se han realizado en el núcleo estriado, zona que degenera en la enfermedad de Huntington, con el propósito de aportar nuevos datos para el desarrollo de nuevas terapias neuroprotectoras. El BDNF promueve la maduración de las neuronas estriatales en cultivo a través de las vías de señalización intracelular PI3K y ERK/MAPK. Además, el BDNF también incrementa la supervivencia neuronal, aunque en este caso solo está implicada la vía de la PI3K. Respecto al GDNF este factor solo promueve la diferenciación morfológica de las neuronas estriatales a través de la activación de la vía de la ERK/MAPK, aunque es necesario que exista una activación basal de la vía de la PI3-K para que el GDNF pueda mediar dichos efectos. Por último, la BMP-6, la cual induce la diferenciación de los precursores neurales hacia el fenotipo neuronal GABAérgico, pero no afecta ni a la supervivencia ni a la proliferación de las células estriatales. Además, hemos descubierto que estos efectos están mediados a través de la glía. <br/>Trabajos anteriores del laboratorio habían demostrado que el BDNF es un buen agente neuroprotector frente a estímulos excitotóxicos inducidos en el núcleo estriado. Nos planteamos si las proteínas de la familia de la Bcl-2 estaban implicadas en dicho efecto. En primer lugar observamos que la estimulación excitotóxica intraestriatal de los receptores NMDA o no-NMDA provoca una regulación diferencial de Bax, ya que sólo la inyección de quinolinato induce un aumento en los niveles de esta proteína pro-apoptótica. Sin embargo, únicamente la activación de los receptores no-NMDA regula los dímeros Bax:Bcl-xL. Respecto al BDNF, éste protege de la lesión excitotóxica bloqueando los cambios en los miembros de la familia de la Bcl-2 tras la inyección de quinolinato o kainato y estos efectos neuroprotectores están mediados por la activación de la vía de la PI3-K. <br/>Finalmente, debido a la regulación diferencial de Bax observada, analizamos su papel durante el desarrollo postnatal y frente a la excitotoxicidad. Así pues, el patrón de expresión de Bax es similar durante el desarrollo de la corteza cerebral y del núcleo estriado. Sin embargo su ausencia produce una regulación diferencial de Bim o Bak en estas dos zonas, indicando que la expresión de estas proteínas durante la muerte celular programada es dependiente de la región cerebral. Además, la muerte excitotóxica inducida a través de la inyección de QUIN en el núcleo estriado es regulada por Bim y Bax y en ausencia de Bax existe un mecanismo compensatorio parcial por parte de Bak y Bcl-xL.

<i>INTRACELLULAR SIGNALING MECHANISMS OF SURVIVAL AND NEURONAL DEATH REGULATED BY TROPHIC FACTORS<br/><br/>The main goal of this thesis is to study which intracellular death signaling pathways as well as survival pathways are involved in biological and neuroprotective effects of trophic factors such as BDNF, GDNF and BMP-6. These studies have been peformed in the striatum since it is the region affected in Huntington's disease, in order to contribute new data for the development of new neuroprotective therapies.<br/>BDNF promotes striatal neurons maturation through PI3K and ERK/MAPK intracellular signaling pathways. Furthermore, BDNF also increases cell survival but only PI3K signaling pathway is involved. In contrast, GDNF only induce an increase of neuritic differentiation through ERK/MAPK pathway, although a basal PI3K activity is needed to GDNF can mediate effects. The last trophic factor analyzed is BMP-6, which promotes striatal neurons maturation but is not involved in neuronal survival. BMP-6 are mediated by glia.<br/>Previous works in our laboratory demonstrated a neuroprotective effect of BDNF against striatal excitotoxicity. We further analyzed whether members of Bcl-2 family were involved in BDNF effects. Excitotoxic stimulation of NMDA or non-NMDA receptors regulates pro-apoptotic protein Bax in a differential manner since only quinolinate injection increases Bax protein levels. Nevertheless, only non-NMDA receptors activation regulates Bax:Bcl-xL heterodimers. BDNF blocks all these changes in Bcl-2 protein family through PI3K signaling pathway activation.<br/>Finally, due to differential regulation of Bax against excitotoxicity, the role of this protein was examined in the striatum and cerebral cortex during different postnatal ages, as well as after a quinolinate intrastriatal injection. Bax expression pattern is similar in both areas analyzed. However, Bax deficiency promotes a differential regulation of Bim and Bak in these two areas analyzed. This result suggest there is a different specific expression pattern during programmed cell death in the striatum and cortex. Exicitotoxicity is regulated by Bim and Bax, and the lack of Bax promotes a partial compensatory mechanism induced by Bak and Bcl-xL. </I>